Produktivitas Primer: Pengertian dan Faktor yang Mempengaruhi

1. Pengertian

Kirk (2011); Lee et al. (2014); Mercado-Santana et al. (2017); Chen et al. (2017), menyebutkan bahwa produktivitas primer merupakan laju produksi karbon organik (karbohidrat) per satuan waktu dan volume melalui proses fotosintesis yang dilakukan oleh organisme tumbuhan hijau. Dalam konsep produktivitas, dikenal istilah produktivitas primer kotor (gross primary productivity/GPP) dan produktivitas primer bersih (net primary productivity/NPP). Produktivitas primer kotor merupakan laju total fotosintesis, termasuk bahan organik yang dimanfaatkan untuk respirasi selama jangka waktu   tertentu disebut juga produksi total atau asimilasi total. Produktivitas bersih merupakan laju penyimpanan bahan organik di dalam jaringan setelah dikurangi untuk pemanfaatan untuk respirasi selama jangka waktu tertentu (Nyabakken, 1992; Odum, 1996; Wetzel, 2001; Asriyana & Yuliana, 2012). Jadi, NPP adalah hasil dari GPP dikurangi energi untuk respirasi. Secara rumus, dapat ditulis menjadi:

𝑁𝑃𝑃 = 𝐺𝑃𝑃 – 𝑅𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠i

Produktivitas primer perairan memiliki peran penting dalam siklus karbon dan rantai makanan serta perannya sebagai pemasok oksigen terlarut di perairan. Pengukuran produktivitas primer merupakan satu syarat dasar untuk mempelajari struktur dan fungsi ekosistem perairan. (Behrenfald et al. 2005) menyebutkan bahwa produktivitas primer bersih merupakan kunci pengukuran kesehatan lingkungan dan pengelolaan sumber daya laut. tingkat produktivitas primer suatu perairan memberikan gambaran bahwa, suatu perairan cukup produktif dalam menghasilkan biomassa tumbuhan, termasuk pasokan oksigen yang dihasilkan dari proses fotosintesis. Dengan tersedianya biomassa tumbuhan dan oksigen yang cukup dapat mendukung perkembangan ekosistem perairan (Muhtadi, 2017).

Produktivitas primer memiliki peran penting dalam siklus global karbon dan sebagai sumber makanan untuk organisme heterotrof. Fitoplankton bisa ditemukan di seluruh massa air mulai dari permukaan laut sampai pada kedalaman tertentu dengan intensitas cahaya yang memungkinkan untuk fotosintesis (Nontji, 2002). Produktivitas primer yang terlalu tinggi dapat mengindikasikan telah terjadi eutrofikasi, sedangkan yang terlalu rendah dapat memberikan indikasi bahwa perairan tidak produktif atau miskin.

2. Faktor yang Mempengaruhi

• Penetrasi Cahaya

           Kebutuhan cahaya merupakan suatu batas fundamental distribusi seluruh organisme fotosintesis. Untuk hidup, organisme ini harus berada pada daerah lapisan permukaan (zona fotis) sehingga energi matahari diperoleh lebih banyak untuk berfotosintesis. Kedalaman zona fotik ditentukan oleh kapasitas cahaya matahari menembus air, hal ini dipengaruhi kondisi yang beragam yaitu penyerapan cahaya di atmosfer, sudut datangnya sinar dan transparansi air. Peningkatan jumlah energi di permukaan air bergantung pada kondisi atmosfer seperti debu, awan, waktu dan gas-gas yang mengabsorbsi, memantulkan, dan meneruskan (transmisi) radiasi matahari yang datang, absorbsi cahaya oleh air, panjang gelombang, lintang geografi, dan musim. Cahaya matahari merupakan gabungan cahaya dengan panjang gelombang dan spektrum warna yang berbeda-beda serta daya tembus setiap spektrum warna berbeda-beda. Spektrum warna cahaya yang memiliki panjang gelombang pendek memiliki daya tembus yang lebih besar dibanding dengan gelombang panjang (Nybakken, 1992; Odum, 1996; Wetzel, 2001; Kirk, 2011).

Umumnya fotosintesis bertambah sejalan dengan peningkatan intensitas cahaya sampai pada nilai optimum tertentu (cahaya saturasi). Di atas nilai tersebut, cahaya merupakan penghambat bagi fotosintesis (cahaya inhibisi), sedangkan di bawahnya cahaya merupakan pembatas sampai suatu kedalaman di mana fotosintesis sama dengan respirasi. Oleh karena itu laju fotosintesis ini sangat berhubungan dengan laju produktivitas primer di perairan, di mana laju fotosintesis yang hubungannya dengan cahaya sama dengan hubungan cahaya dengan produktivitas primer di perairan. Pada gambar tersebut menunjukkan bahwa semakin tinggi cahaya produktivitas perairan semakin tinggi sampai pada batas tertentu, akan menurun seiring dengan menurunnya intensitas cahaya matahari (Alianto et al., 2008).

• Nutrien

Pada ekosistem perairan alami, siklus produksi dimulai oleh produser yang mampu mensintesa bahan organik yang berasal dari bahan anorganik melalui proses fotosintesis (beberapa jenis bakteri melakukan kemosintesis) dengan bantuan cahaya matahari. Odum (1996) membagi nutrien yang dibutuhkan oleh tumbuhan menjadi makro nutrien (terdiri dari unsur: O, C, N, P, S, K, Mg, dan Ca) dan mikro nutrien (Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo,Cl, Co, dan Na) . Menurut Filippino et al. (2011); Qurban et al. (2017), nutrien yang paling berpengaruh besar terhadap pertumbuhan dan perkembangan plankton adalah nitrogen (dalam bentuk NO3) dan fosfor (dalam bentuk PO4). Kedua unsur ini sangat penting yang merupakan faktor pembatas bagi produktivitas plankton di perairan. Selain nitrogen dan fosfor unsur yang penting terhadap perkembangan organisme autotrof terutama plankton jenis algae diatom adalah silika untuk membentuk frustule dan spikule. Menurut Reeder (2017), nutrien yang tinggi dengan alkalinitas yang rendah menjadi faktor pembatas produktivitas primer di perairan.

Ketersediaan nutrien di perairan merupakan faktor pembatas bagi pertumbuhan organisme autotrof. Dengan demikian efisiensi daur nutrisi dalam ekosistem perairan akan menjadi sangat penting untuk memelihara produktivitas primer (Kirk, 2011). Oleh karena itu, besarnya produktivitas primer suatu perairan dapat mengindikasikan besarnya ketersediaan nutrien terlarut di perairan tersebut (Alianto et al., 2008). Keberadaan nutrien di perairan sangat di pengaruhi oleh aktivitas manusia di daratan, gerakan massa air (terutama di perairan laut), maupun aktivitas pembusukan bahan-bahan organik. Adanya penyebaran nutrien dan organisme autotrof (fitoplankton) di perairan yang berbeda-beda sangat mempengaruhi produktivitas primer di perairan. Perairan yang kaya nutrien dan biota autotrof akan memiliki produktivitas primer yang tinggi (Filippino et al., 2011; Vallina et al., 2017). Oleh karena itu perairan estauri memiliki produktivitas yang tinggi jika dibanding dengan perairan laut lepas dan perairan perairan tawar karena menjadikan daerah sebagai trap nutrien. Aliran air tawar dan air laut yang terus menerus membawa mineral, bahan organik, serta sedimen dari hulu sungai ke laut dan sebaliknya dari laut ke muara. Unsur hara ini mempengaruhi produktivitas wilayah perairan muara.

• Suhu

          Suhu pada perairan sangat berperan dalam mengendalikan ekosistem perairan. Secara umum, laju fotosintesa fitoplankton meningkat dengan meningkatnya suhu perairan, tetapi akan menurun secara drastis setelah mencapai suatu titik suhu tertentu. Hal ini disebabkan karena setiap spesies fitoplankton selalu beradaptasi terhadap suatu kisaran suhu tertentu (Vallina et al., 2017). Pada daerah subtropis, pada musim panas tingkat produktivitas perairan akan lebih tinggi dibandingkan pada musim dingin.

• Klorofil

Konsentrasi klorofil-a merupakan indikator utama untuk mengestimasi produktivitas primer dan merupakan variabel penting dalam proses fotosintesis. Klorofil–a fitoplanton adalah suatu pigmen aktif dalam sel tumbuhan yang mempunyai peranan penting di dalam proses berlangsungnya fotosintesis di perairan semua sel berfotosintesis mengandung satu atau beberapa pigmen klorofi l ( hijau coklat, merah atau lembayung) (Wetzel, 2001; Kirk, 2011). Sebaran dan tinggi rendahnya konsentrasi klorofil-a sangat terkait dengan biomassa organisme autotrof yang tentunya berkaitan dengan kondisi suatu perairan. Parameter fisik-kimia yang mengontrol dan mempengaruhi sebaran klorofil-a, adalah intensitas cahaya, nutrien (terutama nitrat, fosfat dan silikat). Perbedaan parameter fisika-kimia tersebut secara langsung merupakan penyebab bervariasinya produktivitas primer. Selain itu “grazing” juga memiliki peran besar dalam mengontrol konsentrasi klorofil-a di laut. Wetzel (2001), menjelaskan bahwa keberadaan klorofil di perairan danau sangat di tentukan oleh adanya kandungan fosfat di danau tersebut (Gambar 2).

Pada umumnya sebaran konsentrasi klorofil-a tinggi di perairan pantai sebagai akibat dari tingginya masukan nutrien yang berasal dari daratan melalui limpasan air sungai, dan sebaliknya cenderung rendah di daerah lepas pantai. Meskipun demikian pada beberapa tempat masih ditemukan konsentrasi klorofil-a yang cukup tinggi, meskipun jauh dari daratan. Keadaan tersebut disebabkan oleh adanya proses sirkulasi massa air yang memungkinkan terangkutnya sejumlah nutrien dari tempat lain, seperti yang terjadi pada daerah upwelling (Qurban et al., 2017). Sebaran klorofil-a di dalam kolom perairan sangat tergantung pada konsentrasi nutrien (Canion et al., 2013). Kandungan klorofil-a dapat digunakan sebagai ukuran banyaknya fitoplaknton pada suatu perairan tertentu dan dapat digunakan sebagai petunjuk produktivitas perairan (Chen et al., 2017).

• Kekeruhan

Suhu pada perairan sangat berperan dalam mengendalikan ekosistem perairan. Secara umum, laju fotosintesa fitoplankton meningkat dengan meningkatnya suhu perairan, tetapi akan menurun secara drastis setelah mencapai suatu titik suhu tertentu. Hal ini disebabkan karena setiap spesies fitoplankton selalu beradaptasi terhadap suatu kisaran suhu tertentu (Vallina et al., 2017). Pada daerah subtropis, pada musim panas tingkat produktivitas perairan akan lebih tinggi dibandingkan pada musim dingin (Mercado-Santana et al., 2017).

Sumber:

Alianto, E. M. Adiwilaga, & A. Damar. 2008. Produktivitas Primer Fitoplankton dan Keterkaitannya dengan Unsur Hara dan Cabaya di Perairan Teluk Banten. Jurnal Ilmu·Ilmu Perairan Dan Peri Kanan Indonesia, 15 (1): 21-26

Asriyana & Yuliana. 2012. Produktivitas Perairan. Jakarta: Bumi  Aksara.

Behrenfald M.J., Boss .E., Siegerl .D.A,, Shea .D.M., 2005. Carbon-based ocean productivity and phytoplankton physiology from space. Global Biogeochemical Cycles. Vol 19. GB1006, doi:10.1029/2004GB002299.

Canion Andy, H.L. MacIntyre, S. Phipps. 2013. Short-term to seasonal variability in factors driving primary productivity in a shallow estuary: Implications for modeling production. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 131 : 224-234

Chen H., et al. 2017. Simplified, rapid, and inexpensive estimation of water primaryproductivity based on chlorophyll fluorescence parameter Fo. Journal of Plant Physiology, 211 : 128–135

Filippino K.C., Margaret R. Mulholland, Peter W. Bernhardt. 2011. Nitrogen uptake and primary productivity rates in the Mid-Atlantic Bight (MAB). Estuarine, Coastal and Shelf Science, 91 : 13-23

Hill V.J., Matrai; P.A, Olson, E. Suittles; S., Codispoti; L.A. Zimmerman, R.C., 2013. Synthesis of Integrated Primary Production in the Artic Ocean: II. In situ and Remotely Sensed Estimates. Progress in Ocenanography 1(10): 107-125

Kirk JTO. 2011. Light and Photosynthesis in Aquatic Ecosystem Third Edition. New York: Cambridge University Press.

Muhtadi. A. 2017. Produktivitas Primer Perairan. Medan: Universitas Sumatra Utara.

Nontji, A. (2002). Laut Nusantara. Jakarta: . Penerbit Djambatan

Nybakken JW. 1992. Biologi Laut suatu pendekatan ekologis. PT. Gramedia. Jakarta.

Odum EP. 1996. Dasar-Dasar Ekologi. Edisi Ketiga. Diterjemahkan oleh T. Samingan. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.

Vallina S.M., P. Cermenoa, S. Dutkiewiczb, M. Loreauc, J.M. Montoya 2017. Phytoplankton functional diversity increases ecosystem productivityand stability. Ecological Modelling, 361: 184–196. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2017.06.020

Wetzel, R.G. 2001. Limnology Lake and River Ecosystem Third Edition. Academic Press, London.